de.wedoany.com-Bericht: Eine Studie über die antike indische Eisenverarbeitungstechnik hat die komplexen Mechanismen aufgedeckt, die für die außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit von traditionell hergestelltem Eisen verantwortlich sind. Die Studie analysierte Eisenproben, die mit traditionellen Methoden des Agaria-Stammes aus Chhattisgarh in Zentralindien hergestellt wurden, und stellte fest, dass die Korrosionsbeständigkeit auf das Zusammenwirken mehrerer Faktoren zurückzuführen ist – darunter Erz, Schlacke, oberflächliche Mineralphasen, Oxidationsprozesse und thermisches Hämmern – und nicht auf eine einzelne Ursache.
Die analysierten Proben stammen aus Aamadandh im Distrikt Korba, Chhattisgarh, und wurden von Mitgliedern des Agaria-Stammes zur Verfügung gestellt. Das Forschungsteam sammelte außerdem Erz und Schlacke aus derselben Region, um das endgültige Eisenprodukt mit den Rohstoffen seines Herstellungsprozesses vergleichen zu können. Die Technologie der Agaria zur Eisenherstellung in Rennöfen (Bloomery) könnte bereits vor dem Jahr 1200 n. Chr. existiert haben. Im Gegensatz zu Hochöfen produzieren diese Öfen Eisenschwamm, der mit Schlacke vermischt ist und eine anschließende manuelle Bearbeitung erfordert. Die traditionellen Öfen sind schalenförmig, meist in den Boden eingelassen, mit einer Grubenhöhe von etwa 800 mm, einem Durchmesser von etwa 200 mm, einer Ofenachse unterhalb der 600-mm-Marke, einem schalenförmigen Herd mit einem Durchmesser von etwa 240 mm und einer Tiefe von etwa 100 mm. Während der Produktion wird durch Gebläse eine Temperatur von etwa 1150 °C aufrechterhalten, und die Herstellung eines Kilogramms Eisen dauert fünf bis sechs Stunden.
Nach der ersten Herstellung muss der Eisenschwamm geschmiedet werden. Das thermische Hämmern trägt dazu bei, den Metallblock zu verdichten, die Porosität zu verringern und einen Teil der Schlacke zu entfernen. Neutronentomographie-Vergleiche zeigen, dass nach dem Hämmern die inneren Poren des Eisens verfestigt sind, die Einschlüsse reduziert sind und sich ein dickerer passivierender Korrosionsfilm gebildet hat. Die Studie geht davon aus, dass diese dickere Schutzschicht einer der Schlüsselfaktoren zur Erklärung der überlegenen Korrosionsbeständigkeit ist.
Eine der Kernentdeckungen der Studie ist das Vorhandensein einer dicken Korrosionsproduktschicht auf der Eisenoberfläche. Diese Schicht stellt nicht nur einen Abbau dar, sondern fungiert auch als Schutzbarriere, die das weitere Eindringen von Korrosion verhindert. Mikroskopische Analysen zeigen Risse in der Oberflächenschicht mit einer Breite von etwa 4 bis 5 Mikrometern, jedoch sind die Risse in Bereichen mit dickerer Schicht seltener. Die auf der Oberfläche gebildeten Schuppen stehen im Zusammenhang mit atmosphärischer Korrosion. Durch Röntgenbeugung unter streifendem Einfall wurde ermittelt, dass die Korrosionsschicht hauptsächlich aus Hämatit (Fe₂O₃), Quarz (SiO₂) und Calcit (CaCO₃) besteht, mit Massenanteilen von 70 %, 19 % bzw. 11 %. Hämatit ist die stabilste Phase der beobachteten Eisenoxide mit einer freien Bildungsenthalpie von -744,4 ± 1,3 kJ mol⁻¹; Maghämatit wurde ebenfalls als instabile Phase identifiziert, mit einer freien Bildungsenthalpie von -731,4 ± 2,0 kJ mol⁻¹ (298 K, 1 bar Druck). Neutronenbeugungsanalysen detektierten zudem im Inneren der Probe etwa 92 % Eisen, 1,1 % Fe₃O₄ und 1,7 % Fe₃C sowie noch nicht vollständig identifizierte Phasen, deren nicht zugeordnete Peakpositionen bei 40,62°, 42,38°, 64,49°, 76,86°, 96,73° und 115,34° liegen.
Hinsichtlich des Korrosionsschutzmechanismus schließt die Studie eine Rolle von Phosphor aus. In vielen Diskussionen über antike indische Eisenartefakte, wie die berühmte Delhi-Eisensäule, wird Phosphor als einer der korrosionshemmenden Faktoren angesehen. In den hier analysierten Agaria-Proben wurde jedoch innerhalb der Nachweisgrenzen der verwendeten Technik weder im Eisen noch in der Korrosionsschicht Phosphor gefunden. Dies deutet darauf hin, dass die Korrosionsschutzmechanismen verschiedener antiker Eisenobjekte unterschiedlich sind. Der Schutz dieser Probe beruht hauptsächlich auf der Schutzschicht aus Oxiden und Mineralverbindungen, dem thermischen Hämmerprozess und der verdichteten Struktur des Materials.
Die Herkunft des Calciums wurde ebenfalls zurückverfolgt. Die Analyse ergab, dass das Erz kein Calcium enthält, weshalb die Forscher vermuten, dass das Calcium aus dem für den Ofen verwendeten Ton, aus Kohlenstaub oder aus einer mit Ton beschichteten Bambusplattform stammt, die zum Einschieben des Ofenguts in den Ofen dient. Dies zeigt, dass die Beständigkeit des Eisens nicht nur vom Erz abhängt, sondern auch eng mit der Umgebung und den Hilfsstoffen des Produktionsprozesses zusammenhängt.
Die Schlussfolgerung der Studie betont, dass nicht alles antike Eisen modernem Stahl überlegen ist. Eisen, das mit traditionellen Techniken hergestellt wird, kann zwar einen wirksamen Korrosionsschutz ausbilden, sollte aber nicht mit chromhaltigem Edelstahl verwechselt werden. Der Hauptbeitrag der Studie liegt darin, aufzuzeigen, dass die antike Metallurgie in der Lage war, ohne moderne industrielle Kontrollwerkzeuge durch eine komplexe Kombination von Verfahren – eisenoxidreiches Erz, Schlacke, thermisches Hämmern, Reduzierung der Porosität und Bildung einer Schutzschicht – Materialien mit hervorragenden Eigenschaften herzustellen.
Die Forschungsergebnisse wurden in den „Scientific Reports“ veröffentlicht, der Titel der Arbeit lautet „Uncovering the superior corrosion resistance of iron made via ancient Indian iron-making practice“.
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